创建磁单极子

创建一个四分之一波长的单极天线，谐振频率在1 GHz左右。为了这个例子的目的，我们选择一个正方形的地面平面的边 $$0．75\lambda$$．

Fres = 1e9;speeddoflight = physconst(“光速”）;lambda = speedOfLight/fres;L = 0.25*lambda;Dp =单极子(“高度”L,“宽度”L / 50,.．.“GroundPlaneLength”0.75 *λ.．.“GroundPlaneWidth”0.75 *λ);

计算单极阻抗

指定源(发电机)阻抗、基准(传输线)阻抗和负载(天线)阻抗。在本例中，负载Zl0将是频率为500mhz的非谐振(小)单极子，这是谐振频率的一半。源的等效阻抗为50欧姆。

F0 = fres/2;Zs = 50;Z0 = 50;Zl0 =阻抗(dp,f0);Rl0 = real(Zl0);Xl0 = imag(Zl0);

定义用于分析的频率点的数量和以500 MHz为中心的频带。

Npts = 30;Fspan = 0.1;Fmin = f0*(1 - (fspan/2));Fmax = f0*(1 + (fspan/2));freq = unique([f0 linspace(fmin,fmax,Npts)]);

利用反射系数和功率增益了解负载行为

计算源与天线之间的负载反射系数和功率增益。

S =参数参数(dp，频率);GammaL = rfparam(S,1,1);Gt = 10*log10(1 - abs(GammaL).^2);

在史密斯图上绘制输入反射系数显示了该天线在500 MHz工作频率附近的电容性行为。史密斯图的中心表示与参考阻抗匹配的条件。周围反射系数的位置痕迹 $$-j5．0\Omega$$确认存在严重的阻抗不匹配。

Fig1 =图;hsm = smithplot(fig1,freq,GammaL，“线宽”, 2.0,“颜色”，“米”，.．.“视图”，“右下角”，“LegendLabels”, {“#伽马L”})；

绘制输出到负载的功率。

Fig2 =图;情节(频率* 1 e-6 Gt,“米”，“线宽”2);网格在包含(“频率(MHz)”) ylabel (“(dB)级”)标题(“电力输送到负载”）

如功率增益图所示，在工作频率(500 MHz)附近大约有20 dB的功率损失。

设计匹配网络

匹配的网络必须确保在500mhz的最大功率传输。l型双调谐网络实现了这一目标[1]。下图所示的网络拓扑结构由一个与天线串联的电感器组成，它消除了500 MHz的大电容，以及一个进一步提高输出电阻以匹配源阻抗50的分流电感器 $$\Omega$$．

= 2* f0;L2 =(1/)*√((Zs*Rl0)/(1-(Rl0/Zs)));L1 = (-Xl0 /₀)- L2/2 -√((L2 ^ 2/4) - (((Rl0) ^ 2) /ω^ 2));

创建匹配网络并计算s参数

匹配的网络电路由两个电感器组成，它们的电感值已在上面计算过。使用RF工具箱™创建匹配网络，并计算该网络在以工作频率为中心的频带上的s参数。

IND1 =电感器(L1，“L1”）;IND2 =电感器(L2，“外语”）;匹配nw =电路(“double_tuning”）;add (MatchingNW [0, 1], IND2);添加(MatchingNW [1 - 2], IND1);setports(MatchingNW，[1 0]，[2 0]);Smatchnw =参数(MatchingNW,freq);

匹配网络的电路元件表示如下所示。

disp (MatchingNW)

电路:电路元素ElementNames: {'L2' 'L1'}元素:[1x2电感器]节点:[0 1 2]名称:'double_tuning' NumPorts: 2个终端:{'p1+' 'p2+' 'p1-' 'p2-'}

匹配网络的反射系数和功率增益

利用匹配网络计算天线负载的输入反射系数/功率增益。

Zl =阻抗(dp，频率);GammaIn = GammaIn (Smatchnw,Zl);Gtmatch = powergain(Smatchnw,Zs,Zl，“Gt”）;Gtmatch = 10*log10(Gtmatch);

比较结果

在有和没有匹配网络的情况下，绘制天线的输入反射系数和功率。史密斯图显示了反射系数轨迹穿过它的中心，从而证实了匹配。在工作频率为500mhz时，发电机向天线传输最大功率。匹配在工作频率的任何一方都退化了。

添加(hsm频率,GammaIn);hsm.LegendLabels(2) = {“#伽马”};歌舞青春。视图=“全部”；

绘制输出到负载的功率。

图(图二)在情节(频率* 1 e-6 Gtmatch,“线宽”2);轴([min(频率)* 1 e-6 e-6马克斯(频率)* 1,-25,0])传说(“没有匹配网络”，“双调优”，“位置”，“最佳”）;

参考文献

[1] M. M. Weiner，单极天线，Marcel Dekker, Inc.，CRC出版社，Rev. Exp版，纽约，110-118页，2003。